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砖烟囱高位爆破切口实践

2016-09-28 11:27:58.0 责任编辑:崔玮娜

李清明  刘文广  申文胜  李介明

(上海消防技术工程有限公司,上海,200080)

摘要:国内外有很多对钢筋混凝土烟囱实施高位爆破切口进行爆破拆除的例子,而对砖烟囱高位切口爆破的较少见。本文就是利用控制爆破技术,对砖烟囱在地面以上9m的高位实施爆破切切口,达到了对保护物保护的目的,并取得了一些经验供参考。

关键词:砖烟囱;爆破拆除;高位切口;实践经验

工程概况

1.1  工程环境

上海大众汽车厂内一锅炉房改造地块内有一座60m砖烟囱需爆破拆除,烟囱四周环境较复杂(见图1)。北侧为十号路,距离待爆烟囱39m,十号路北侧为厂区零部件堆放处,距离待爆烟囱45m。南侧为十一号路,路南侧为厂区内管架,距离待爆烟囱25m;东侧为待拆引风车间、待拆除的锅炉房及输煤系统(爆破后拆除);西侧为厂区内的五号路,离待爆烟囱42m,中间隔着待拆沉渣池(爆破前拆除)。五号路西侧为塔山路,距离待爆烟囱57m。十号路和五号路下有厂内消防水管需保护不得损伤,东侧40m和南侧25m架空管道是厂内蒸汽管,需保护不受损伤。

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1.2爆破对象

砖烟囱,高度为60m,顶部直径1.4m,底部直径8.9m。混凝土灌注桩,直径650mm,承台基础厚2.5m(见图2)。

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1.3  拆除要求

(1)保护厂内所有管线不受损伤。

(2)爆破振动和塌落振动控制在国标范围内。

(3)保护好厂内道路。

1.4本工程拆除重点及难点

(1)待爆破拆除的60m砖烟囱,位于场地中心,烟囱底外周向北距离道路39m,向西距离道路42m,东、南两侧均有管架。烟囱底外周距离道路50m,距离地下管道54m,环境较复杂。

(2)爆破拆除区外为厂内道路,需正常使用,爆破拆除前对拆除区用围挡与道路隔开,以保证道路通畅安全。

2爆破技术方案

2.1爆破方案的确定

根据本工程环境和结构特点,沉渣泡上部结构拆除,倒塌方向设定为北偏西45°,使倒塌方向到道路和地下消防管的距离最大。利用锅炉房做天然的防护屏障,提高爆破切口高度,控制倒塌范围(见图3)。

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2.2 60m烟囱结构

烟囱的结构形式为:预制钢筋混凝土桩,圆形基础,砖筒身,高60m,承台基础直径为8.9m,烟囱(±0.00m)直径为4.Om,壁厚为500mm,顶部直径为1.4m,壁厚为240mm。

烟道位于标高-0.150~3.900m处,高度4.Om,宽度1.80m,烟道口向东。

2.3切口位置

根据环境条件和烟囱结构形式,烟囱的爆破切口位置选择在烟囱+9.Om处。采用高位切口可以避开烟道口位置对爆破切口的影响,使爆破倒塌方向更准确。

为了确保倒塌方向的准确性,在设计切口位置时,对保留截面强度进行校核。其基本原则是:在烟囱切口形成瞬间,确保保留筒体强度能短暂支撑烟囱的质量,防止烟囱反方向倒塌和控制后坐;另外在烟囱向前倾倒过程中,必须保证支撑比较薄弱的一侧简体具有一定强度,防止烟囱倒塌过程中向该侧倾斜,结合对烟囱结构的理论分析和长期工程实践经验,通过上述技术措施完全能够确保烟囱的倒塌方向按照设计方向定向倾倒。

2.4爆破切口数据

切口+9.Om处壁厚380mm;切口处外半径1.850mm,外周长为l1.6m(见图4)。

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2.4.1  切口形状

采用双梯形,底部梯形底角30°,上部梯形底角45°。

2.4.2切口高度Hp

对钢筋混凝土烟囱而言,应考虑切口形成后,切口内裸露的竖向钢筋必须失稳。同时,还应使烟囱在倾倒至较大角度时,切口的上下沿才闭合相撞,防止相撞时使倾倒方向发生偏离。同时,还应使其倾倒至爆破切口闭合时,重心位置偏移到切口标高处筒壁范围以外。切口高度Hp根据以往经验按公式(1)确定:

Hp≥(3~5)B    (1)

式中Hp——切口高度,m;

B——烟囱切口处的筒壁厚度,B=0.38m。

按照式(1)计算,最大切口高度Hp=1.14~1.9m。

综合考虑,烟囱的爆破切口高度取1.5m。

2.4.3爆破切口长度Lp

切口长度的大小决定切口形成以后烟囱能否实现偏心失稳,如果切口过大可能导致余留部分没有足够的支撑力而使烟囱倒塌方向失去控制,甚至出现反向倒塌,反之可能出现倾而不倒的情况。根据该烟囱的结构和实际受力情况,选择切口对应的圆心角α为225°(见图5),计算得切口长度为:切口下沿长度梯形下底长Lp=225°/360°×1.850×2×3.14=7.26m,切口上沿长度取3.2m。

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2.4.4切口预处理

在切口两侧开三角形定位窗,底长度1000mm,高577mm;以倒塌中心线为中开定向窗长1500mm,高1500mm。

2.4.5  爆破参数

孔距:a=40cm;排距:b=30cm;孔深:L=23cm。炸药单耗:K=1050g/m3,单孔装药量:q=47.9g(实际取50g),炮孔装药示意图如图6所示。

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共布置6排炮孔,共计炮孔56个,炸药量:50g/孔×56孔=2800g。

非电导爆管雷管:200发;塑料导爆管:500m。

3起爆网路设计及起爆网路图

3.1  起爆器材

本工程考虑到杂电及射频电干扰因素,决定采用非电导爆管起爆系统。

3.2起爆器及起爆方法

起爆方法:装好炸药,采用孔内外延时非电雷管,用激发枪引爆导爆管雷管。

3.3起爆网路设计

采用簇联的连接方式(见图7)。每20根炮孔内雷管的导爆管捆扎成一簇,同时绑扎两发非电引爆雷管 (此法称为簇联),该两发非电雷管与其他簇联交叉连成接力的簇联,构成复式起爆网路,最后用两发雷管绑扎最终一组簇联的导爆管,然后用激发枪引爆导爆管实施爆破。

延期时间:采用孔内延期,沿倾倒中心线两侧各1.5m范围内用ms-5,其余炮孔用ms-6毫秒雷管。 

为保证可靠准爆,底部两排炮孔采用双雷管。

3.4起爆网路

起爆网路如图7所示。

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4安全设计及防护

4.1爆破安全防护措施

4.1.1爆破切口作业安全措施

烟囱炸高为1.5m,沿烟囱四周搭设脚手架,铺设作业面,平台高8.5m,平台宽度3.0m,平台设有2m高的护栏,护栏用安全防护网围住。人员通往作业平台利用旋转楼梯或之字形楼梯。

4.1.2烟囱爆破瞬间个别飞石防护的安全措施

当爆体在无遮挡情况下飞石距离计算见式(2):

R=70×q0.58

q=1.05kg/m3(取炸药单耗中最大值),计算得:R=72m。

为减缓爆破时飞石抛出的速度和控制飞石在规定的安全范围内,爆体采用竹笆(草袋)进行覆盖防护(双层),外再加帆布。

4.1.3  烟囱体着地倒塌时,防止泥土及碎块侧向飞溅措施

烟囱体倾倒水平着地时,对地面的冲击作用很大,地面松软时,泥土易被抛出,且抛距较大。若不采用措施,烟囱上半部分着地时破碎较为充分,烟囱体内的压缩气体可能将囱体混凝土碎块抛出。因此,从根部开始,在烟囱的倒塌中心线方向左右5°范围内,铺设垫层缓冲带,缓冲带上部铺设一层绿网,垫层缓冲带可以使囱体塌落着地时避免直接与地面接触,而是经过沙袋缓冲层带,可以大大减少泥土和碎块侧向飞溅距离。

烟囱爆破前,锅炉房和水处理房未拆除,利用其作为天然防护屏障,防止飞石飞溅,在五号路东侧,利用钢管和竹笆搭设一道防护架,防止爆破飞石和落地后的二次飞溅。

4.2爆破振动安全设计

按《爆破安全规程》中的公式计算爆破振动速度(见式(3)):

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式中  Q——允许的一次齐爆药量,kg,本次最大一次齐爆药量为2.8kg;

R——保护目标到炸点中心的距离,m;

v——质点振动速度,cm/s;

K——与爆破地质有关的介质系数;

K′——与爆破方式有关的装药分散经验系数;

α——爆破地震波衰减指数。

本次计算按:K=150,K′=0.25,α=1.6,R=25m,烟囱的单段最大起爆药量为:Q=2.8kg,v=O.38cm/s。

4.2.1烟囱冲击地面振动计算

烟囱均距离西侧的门卫室较近,烟囱倒塌区域为拆除场区,周边环境较好,根据公式,冲击振动可用式(4)进行计算:

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式中  K,K′,α——意义同前,K=150,K′=0.33,α=1.5;

G——烟囱切口以上质量,烟囱G=320000kg;

h——烟囱中心高度,h=29.5m:

门卫室:烟囱距离为R=25m,lkg标准炸药爆炸时释放的能量为4×105J。

代入式(4)计算是:烟囱v1=1.9cm/s:

经以上计算,本工程不管爆破振动还是冲击振动,均在国标允许范围内,均可确保安全。

4.2.2空气冲击波及噪声计算

炸药在炮孔内爆破,在空气中产生冲击波的强度用△P表示。炮孔内爆破超压可按萨道夫基经验公式计算(见式(5)):

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式中  △p——空气冲击波超压值,Pa;

Q——最大齐爆药量,Q=2.8kg;

R——测量到爆源距离,烟囱离门卫室最近,R=25m;

K,K′,α——经验系数和指数,K=1.48,K′=0.25,α=1.6。

代入式(5)计算得:

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根据实测资料,当△p=0.05×105Pa时可造成玻璃窗开裂,△p=0.02×105Pa时可以造成房屋顶棚抹灰局部掉灰。本工程计算的△p=0.0037l×105Pa与△p=0.05×105Pa相比,只有l/4左右,即使在没有任何防护的情况下,爆破冲击波不会造成周边建筑物的门窗玻璃破损。

4.3爆后效果及经验

爆破后倒向准确,倒塌长度25m,只有切口上部长度的一半,倒塌物主要集中在倒塌方向的。20m范围内。倒塌过程有后坐现象,后方5m范围内有由后坐塌F的大砖块(见图8)。

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通过此项目,有以下几点经验供同行参考:

(1)砖烟囱高位切口容易产生后座或下坐,反向安全距离不够时应慎用。

(2)高位切口砖烟囱爆破,由于下坐倒塌长度大大缩小,对于场地局限性较大的可参考。

(3)护塌落冲击防护应考虑后坐或下坐的情况,不能忽视烟囱底座附近的防护。

参考文献

[1]汪旭光,于亚伦.拆除爆破理论与工程实例[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2]史家堉,程贵梅,郑长青.建筑物爆破拆除理论与实践[M].北京:中国工业出版社,2009.

[3]史雅语,金骥良,顾毅成.工程爆破实践[M].合肥:中国科技大学出版社,2002.

摘自《中国爆破新进展》